สถิตยศาสตร์และพลศาสตร์ของร่างกายมนุษย์: จุดศูนย์ถ่วง

ตำแหน่งแนวตั้งของร่างกายมนุษย์ การเคลื่อนไหวในอวกาศ การเคลื่อนไหวต่างๆ (การเดิน การวิ่ง การกระโดด) ได้รับการพัฒนาในกระบวนการวิวัฒนาการที่ยาวนานควบคู่ไปกับการก่อตัวของมนุษย์ในฐานะสายพันธุ์ ในกระบวนการของการเกิดมนุษย์ขึ้นใหม่ ซึ่งเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงของบรรพบุรุษของมนุษย์ไปสู่สภาพการดำรงอยู่บนบก และการเคลื่อนไหวบนแขนขาทั้งสองข้าง (ส่วนล่าง) กายวิภาคของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด ชิ้นส่วนแต่ละชิ้น อวัยวะต่างๆ รวมถึงระบบโครงกระดูกและกล้ามเนื้อ มีการเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญ การเดินสองขาทำให้แขนขาส่วนบนเป็นอิสระจากการทำงานของโครงกระดูกและกล้ามเนื้อ แขนขาส่วนบนกลายเป็นอวัยวะที่ใช้ทำงาน ซึ่งก็คือมือ และสามารถปรับปรุงความคล่องแคล่วในการเคลื่อนไหวได้ การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้อันเป็นผลจากการทำงานใหม่ที่มีคุณภาพ สะท้อนให้เห็นในโครงสร้างของส่วนประกอบทั้งหมดของเข็มขัดและส่วนที่เป็นอิสระของแขนขาส่วนบน เข็มขัดไหล่ทำหน้าที่ไม่เพียงแต่รองรับแขนขาส่วนบนที่เป็นอิสระเท่านั้น แต่ยังเพิ่มความคล่องตัวได้อย่างมากอีกด้วย เนื่องจากกระดูกสะบักเชื่อมต่อกับโครงกระดูกของร่างกายโดยอาศัยกล้ามเนื้อเป็นหลัก จึงทำให้กระดูกสะบักเคลื่อนไหวได้อย่างอิสระมากขึ้น กระดูกสะบักมีส่วนร่วมในทุกการเคลื่อนไหวที่ทำโดยกระดูกไหปลาร้า นอกจากนี้ กระดูกสะบักยังสามารถเคลื่อนไหวได้อย่างอิสระโดยไม่ขึ้นกับกระดูกไหปลาร้า ในข้อต่อไหล่แบบหลายแกนที่มีกล้ามเนื้อล้อมรอบเกือบทุกด้าน ลักษณะทางกายวิภาคของโครงสร้างช่วยให้เคลื่อนไหวไปตามส่วนโค้งขนาดใหญ่ในทุกระนาบได้ ความเชี่ยวชาญของฟังก์ชันต่างๆ นั้นสังเกตได้ชัดเจนเป็นพิเศษในโครงสร้างของมือ ด้วยการพัฒนาของนิ้วมือที่ยาวและเคลื่อนไหวได้คล่องตัวมาก (โดยเฉพาะนิ้วหัวแม่มือ) มือจึงกลายเป็นอวัยวะที่ซับซ้อนซึ่งทำหน้าที่ต่างๆ ได้อย่างละเอียดอ่อนและแตกต่างกัน

ขาส่วนล่างซึ่งรับน้ำหนักของร่างกายทั้งหมดจะปรับให้เหมาะกับการทำงานของระบบกล้ามเนื้อและโครงกระดูกเท่านั้น ตำแหน่งแนวตั้งของร่างกาย ท่าทางตรงสะท้อนให้เห็นในโครงสร้างและการทำงานของเข็มขัด (กระดูกเชิงกราน) และส่วนที่เป็นอิสระของขาส่วนล่าง เข็มขัดของขาส่วนล่าง (กระดูกเชิงกราน) เป็นโครงสร้างโค้งที่แข็งแรงซึ่งปรับให้เหมาะกับการถ่ายโอนน้ำหนักของลำตัว ศีรษะ และขาส่วนบนไปยังส่วนหัวของกระดูกต้นขา การเอียงของกระดูกเชิงกราน 45-65° ที่เกิดขึ้นในกระบวนการสร้างมนุษย์มีส่วนช่วยในการถ่ายโอนน้ำหนักของร่างกายไปยังขาส่วนล่างที่เป็นอิสระในสภาวะทางชีวกลศาสตร์ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการวางตัวในแนวตั้งของร่างกาย เท้ามีโครงสร้างโค้งซึ่งเพิ่มความสามารถในการรับน้ำหนักของร่างกายและทำหน้าที่เป็นคันโยกที่ยืดหยุ่นได้เมื่อเคลื่อนไหว กล้ามเนื้อของขาส่วนล่างได้รับการพัฒนาอย่างแข็งแกร่ง ซึ่งปรับให้เหมาะกับการรับน้ำหนักแบบคงที่และแบบไดนามิก หากเปรียบเทียบกับกล้ามเนื้อของแขนส่วนบนแล้ว กล้ามเนื้อของแขนส่วนล่างจะมีมวลมากกว่า

กล้ามเนื้อบริเวณขาส่วนล่างมีส่วนรองรับและทำหน้าที่ออกแรงของกล้ามเนื้ออย่างมาก กล้ามเนื้อบริเวณขาส่วนล่างมีขนาดใหญ่และแข็งแรงกว่ากล้ามเนื้อบริเวณขาส่วนบน ส่วนกล้ามเนื้อเหยียดของขาส่วนล่างมีการพัฒนามากกว่ากล้ามเนื้อเหยียดของขาส่วนบน เนื่องจากกล้ามเนื้อเหยียดมีบทบาทสำคัญในการทำให้ร่างกายตั้งตรงและเคลื่อนไหว (การเดิน การวิ่ง)

ในแขน กล้ามเนื้อที่งอหัวไหล่ ปลายแขน และมือจะรวมตัวอยู่ด้านหน้า เนื่องจากมือทำงานที่ด้านหน้าของร่างกาย การเคลื่อนไหวในการหยิบจับจะทำโดยมือ ซึ่งได้รับผลกระทบจากกล้ามเนื้อที่งอมากกว่ากล้ามเนื้อที่เหยียด นอกจากนี้ แขนส่วนบนยังมีกล้ามเนื้อที่ทำหน้าที่หมุน (pronator, supinator) มากกว่าแขนส่วนล่าง กล้ามเนื้อเหล่านี้พัฒนาได้ดีกว่าแขนส่วนบนมากเมื่อเทียบกับแขนส่วนล่าง มวลของกล้ามเนื้อที่งอและ supinator ของแขนสัมพันธ์กับกล้ามเนื้อส่วนที่เหลือของแขนส่วนบนที่ 1:4.8 ในแขนส่วนล่าง อัตราส่วนมวลของกล้ามเนื้อที่ทำหน้าที่หมุนต่อส่วนที่เหลือคือ 1:29.3

พังผืดและอะพอนนิวโรสของขาส่วนล่างพัฒนาได้ดีกว่าของขาส่วนบนมากเนื่องจากแรงที่แสดงออกภายใต้แรงกดแบบสถิตและแบบพลวัตที่มากขึ้น ขาส่วนล่างมีกลไกเพิ่มเติมที่ช่วยยึดร่างกายไว้ในแนวตั้งและให้แน่ใจว่าร่างกายจะเคลื่อนไหวในอวกาศ กระดูกเชิงกรานของขาส่วนล่างเชื่อมต่อกับกระดูกเชิงกรานอย่างแทบจะเคลื่อนไหวไม่ได้และเป็นส่วนรองรับตามธรรมชาติของลำตัว แนวโน้มของกระดูกเชิงกรานที่จะเอียงไปด้านหลังบนส่วนหัวของกระดูกต้นขาถูกป้องกันโดยเอ็นไอลิโอเฟมอรัลที่พัฒนาอย่างสูงของข้อสะโพกและกล้ามเนื้อที่แข็งแรง นอกจากนี้ แรงโน้มถ่วงแนวตั้งของร่างกายที่ผ่านด้านหน้าแกนขวางของข้อเข่าช่วยยึดข้อเข่าไว้ในตำแหน่งที่ยืดออก

ที่ระดับข้อเท้า เมื่อยืน พื้นที่สัมผัสระหว่างพื้นผิวข้อต่อของกระดูกแข้งและกระดูกส้นเท้าจะเพิ่มขึ้น ซึ่งเกิดจากการที่กระดูกข้อเท้าส่วนในและส่วนนอกโอบรับส่วนหน้าที่กว้างขึ้นของบล็อกกระดูกส้นเท้า นอกจากนี้ แกนด้านหน้าของข้อเท้าด้านขวาและซ้ายยังตั้งชิดกันในมุมเปิดไปทางด้านหลัง แรงโน้มถ่วงแนวตั้งของร่างกายจะเคลื่อนไปข้างหน้าในความสัมพันธ์กับข้อเท้า ทำให้เกิดการบีบของส่วนหน้าที่กว้างขึ้นของบล็อกกระดูกส้นเท้าระหว่างกระดูกข้อเท้าส่วนในและส่วนนอก ข้อต่อของแขนส่วนบน (ไหล่ ข้อศอก ข้อมือ) ไม่มีกลไกการเบรกดังกล่าว

กระดูกและกล้ามเนื้อของลำตัวโดยเฉพาะโครงกระดูกแกน - กระดูกสันหลังซึ่งรองรับศีรษะ แขนขาส่วนบน และอวัยวะในทรวงอกและช่องท้อง - มีการเปลี่ยนแปลงอย่างมากในกระบวนการสร้างมนุษย์ เมื่อสัมพันธ์กับท่าทางตรง กระดูกสันหลังจะโค้งงอและกล้ามเนื้อหลังจะแข็งแรงขึ้น นอกจากนี้ กระดูกสันหลังจะเคลื่อนไหวแทบไม่ได้เมื่ออยู่ในข้อกระดูกเชิงกรานที่แข็งแรงซึ่งจับคู่กับกระดูกเชิงกราน (ร่วมกับกระดูกเชิงกราน) ซึ่งในแง่ชีวกลศาสตร์จะทำหน้าที่กระจายน้ำหนักของลำตัวไปยังส่วนหัวของกระดูกต้นขา (ไปยังแขนขาส่วนล่าง)

นอกจากปัจจัยทางกายวิภาคแล้ว ได้แก่ ลักษณะโครงสร้างของแขนขาและลำตัวส่วนล่างที่พัฒนาขึ้นในกระบวนการสร้างมนุษย์เพื่อรักษาให้ร่างกายอยู่ในตำแหน่งตรง โดยให้มีการทรงตัวและพลวัตที่มั่นคง ควรให้ความใส่ใจเป็นพิเศษกับตำแหน่งของจุดศูนย์ถ่วงของร่างกาย

จุดศูนย์ถ่วงทั่วไป (GC) ของบุคคลคือจุดที่ใช้แรงที่เกิดจากแรงโน้มถ่วงทั้งหมดจากส่วนต่างๆ ของร่างกาย ตามคำกล่าวของ MF Ivanitsky GC ตั้งอยู่ที่ระดับกระดูกสันหลังส่วนกระเบนเหน็บ IV และฉายลงบนพื้นผิวด้านหน้าของร่างกายเหนือซิมฟิซิสหัวหน่าว ตำแหน่งของ GC ที่สัมพันธ์กับแกนตามยาวของร่างกายและกระดูกสันหลังขึ้นอยู่กับอายุ เพศ กระดูกโครงร่าง กล้ามเนื้อ และไขมันสะสม นอกจากนี้ยังมีการผันผวนของตำแหน่งของ GC ในแต่ละวันเนื่องจากการสั้นลงหรือยาวขึ้นของกระดูกสันหลัง ซึ่งเกิดจากกิจกรรมทางกายที่ไม่สม่ำเสมอในตอนกลางวันและกลางคืน ในผู้สูงอายุและผู้สูงอายุ ตำแหน่งของ GC ยังขึ้นอยู่กับท่าทางด้วย ในผู้ชาย GC จะอยู่ที่ระดับกระดูกสันหลังส่วนเอว III - กระดูกสันหลังส่วนกระเบนเหน็บ V ในผู้หญิงจะต่ำกว่าผู้ชาย 4-5 ซม. และตรงกับระดับตั้งแต่กระดูกสันหลังส่วนเอว V ถึงกระดูกสันหลังส่วนก้นกบ I โดยเฉพาะอย่างยิ่งขึ้นอยู่กับการสะสมของไขมันใต้ผิวหนังในบริเวณอุ้งเชิงกรานและสะโพกมากกว่าในผู้ชาย ในทารกแรกเกิด จุดศูนย์ถ่วงจะอยู่ที่ระดับกระดูกสันหลังส่วนอก V-VI จากนั้นจะค่อยๆ เคลื่อนลงและถอยหลังเล็กน้อย (จนถึงอายุ 16-18 ปี)

ตำแหน่ง CG ของร่างกายมนุษย์ยังขึ้นอยู่กับประเภทของร่างกายด้วย ในคนที่มีรูปร่างแบบ dolichomorphic (asthenics) CG จะอยู่ต่ำกว่าในคนที่มีรูปร่างแบบ brachymorphic (hypersthenics)

จากผลการศึกษาพบว่าจุดศูนย์ถ่วงของร่างกายมนุษย์มักจะอยู่ที่ระดับกระดูกสันหลังส่วนอกที่ 2 เส้นดิ่งของจุดศูนย์ถ่วงจะผ่านหลังแกนขวางของข้อต่อสะโพก 5 ซม. หลังเส้นที่เชื่อมระหว่างกระดูกทรอแคนเตอร์ใหญ่ประมาณ 2.6 ซม. และด้านหน้าแกนขวางของข้อเท้า 3 ซม. จุดศูนย์ถ่วงของศีรษะอยู่ด้านหน้าแกนขวางของข้อต่อแอตแลนโต-ออคซิพิทัลเล็กน้อย จุดศูนย์ถ่วงร่วมของศีรษะและลำตัวอยู่ที่ระดับกึ่งกลางของขอบด้านหน้าของกระดูกสันหลังส่วนอกที่ 10

เพื่อรักษาสมดุลที่มั่นคงของร่างกายมนุษย์บนระนาบ จำเป็นที่แนวตั้งฉากที่ตกลงมาจากจุดศูนย์กลางของแรงโน้มถ่วงจะต้องตกลงบนพื้นที่ที่เท้าทั้งสองข้างครอบครอง ร่างกายจะยืนได้มั่นคงขึ้น พื้นที่รองรับจะกว้างขึ้นและจุดศูนย์กลางของแรงโน้มถ่วงจะต่ำลง สำหรับตำแหน่งแนวตั้งของร่างกายมนุษย์ การรักษาสมดุลคือภารกิจหลัก อย่างไรก็ตาม ด้วยการเกร็งกล้ามเนื้อที่เหมาะสม คนๆ หนึ่งสามารถยึดร่างกายไว้ในตำแหน่งต่างๆ (ภายในขอบเขตบางอย่าง) ได้ แม้ว่าจุดศูนย์กลางของแรงโน้มถ่วงจะอยู่นอกพื้นที่รองรับ (ร่างกายเอียงไปข้างหน้าอย่างรุนแรง ไปทางด้านข้าง เป็นต้น) ก็ตาม ในขณะเดียวกัน การยืนและเคลื่อนไหวร่างกายมนุษย์ก็ไม่ถือว่ามั่นคง ด้วยขาที่ค่อนข้างยาว คนๆ หนึ่งจะมีพื้นที่รองรับค่อนข้างเล็ก เนื่องจากจุดศูนย์กลางของแรงโน้มถ่วงโดยรวมของร่างกายมนุษย์อยู่ค่อนข้างสูง (ที่ระดับกระดูกสันหลังส่วนกระเบนเหน็บที่ 2) และพื้นที่รองรับ (พื้นที่ของฝ่าเท้าทั้งสองข้างและช่องว่างระหว่างกัน) ไม่สำคัญ ความเสถียรของร่างกายจึงค่อนข้างเล็ก ในสภาวะสมดุล ร่างกายจะถูกยึดไว้ด้วยแรงหดตัวของกล้ามเนื้อ ซึ่งป้องกันไม่ให้ร่างกายล้มลง ส่วนต่างๆ ของร่างกาย (ศีรษะ ลำตัว แขนขา) อยู่ในตำแหน่งที่สอดคล้องกับแต่ละส่วนของร่างกาย อย่างไรก็ตาม หากอัตราส่วนของส่วนต่างๆ ของร่างกายถูกรบกวน (เช่น การยืดแขนไปข้างหน้า การงอกระดูกสันหลังเมื่อยืน เป็นต้น) ตำแหน่งและความสมดุลของส่วนอื่นๆ ของร่างกายก็จะเปลี่ยนไปตามไปด้วย ช่วงเวลาคงที่และไดนามิกของการเคลื่อนไหวของกล้ามเนื้อเกี่ยวข้องโดยตรงกับตำแหน่งของจุดศูนย์ถ่วงของร่างกาย เนื่องจากจุดศูนย์ถ่วงของร่างกายทั้งหมดตั้งอยู่ที่ระดับกระดูกสันหลังส่วนกระเบนเหน็บที่ 2 หลังเส้นขวางที่เชื่อมระหว่างศูนย์กลางของข้อต่อสะโพก แนวโน้มของลำตัว (พร้อมกับกระดูกเชิงกราน) ที่จะเอียงไปด้านหลังจะถูกต่อต้านโดยกล้ามเนื้อและเอ็นที่พัฒนาอย่างสูงซึ่งเสริมความแข็งแรงให้กับข้อต่อสะโพก ซึ่งช่วยให้มั่นใจได้ว่าร่างกายส่วนบนทั้งหมดจะทรงตัวได้ โดยร่างกายส่วนบนจะตั้งตรงบนขา

แนวโน้มของร่างกายที่จะล้มไปข้างหน้าเมื่อยืนนั้นเกิดจากเส้นแนวตั้งของจุดศูนย์ถ่วงเคลื่อนไปข้างหน้า (3-4 ซม.) จากแกนขวางของข้อเท้า การล้มนั้นถูกต่อต้านโดยการกระทำของกล้ามเนื้อด้านหลังของขา หากเส้นแนวตั้งของจุดศูนย์ถ่วงเคลื่อนไปข้างหน้ามากขึ้น - ไปจนถึงนิ้วเท้า โดยการเกร็งกล้ามเนื้อด้านหลังของขา ส้นเท้าจะยกขึ้น ยกขึ้นจากระนาบที่รองรับ เส้นแนวตั้งของจุดศูนย์ถ่วงจะเคลื่อนไปข้างหน้า และนิ้วเท้าจะทำหน้าที่เป็นตัวรองรับ

นอกจากการรองรับแล้ว ขาส่วนล่างยังทำหน้าที่เคลื่อนไหวร่างกายในอวกาศด้วย เช่น เมื่อเดิน ร่างกายของมนุษย์จะเคลื่อนที่ไปข้างหน้า โดยพิงขาข้างหนึ่งสลับกับอีกข้างหนึ่ง ในกรณีนี้ ขาทั้งสองข้างจะเคลื่อนไหวแบบลูกตุ้มสลับกัน เมื่อเดิน ขาส่วนล่างข้างหนึ่งจะรองรับ (ด้านหลัง) และอีกข้างหนึ่งจะอิสระ (ด้านหน้า) ในแต่ละก้าวที่ก้าวใหม่ ขาข้างที่อิสระจะกลายเป็นที่รองรับ และขาที่รองรับจะถูกดึงไปข้างหน้าและเป็นอิสระ

การหดตัวของกล้ามเนื้อขาส่วนล่างขณะเดินจะเพิ่มส่วนโค้งของฝ่าเท้าอย่างมีนัยสำคัญ เพิ่มความโค้งของส่วนโค้งตามขวางและตามยาว ในเวลาเดียวกัน ในขณะนี้ ลำตัวจะเอียงไปข้างหน้าเล็กน้อยพร้อมกับกระดูกเชิงกรานที่ส่วนหัวของกระดูกต้นขา หากก้าวแรกด้วยเท้าขวา จากนั้นส้นเท้าขวา จากนั้นกลางฝ่าเท้าและนิ้วเท้าจะยกขึ้นเหนือระนาบการรองรับ ขาขวาจะงอที่ข้อสะโพกและข้อเข่าและถูกดึงไปข้างหน้า ในเวลาเดียวกัน ข้อสะโพกของด้านนี้และลำตัวจะตามไปข้างหน้าหลังจากขาที่เป็นอิสระ ขานี้ (ขวา) ที่มีการหดตัวอย่างมีพลังของกล้ามเนื้อต้นขาด้านหน้าจะยืดตรงที่ข้อเข่า สัมผัสกับพื้นผิวของการรองรับและกลายเป็นการรองรับ ในขณะนี้ ขาซ้ายอีกข้างหนึ่ง (จนถึงขณะนี้ ขารองรับด้านหลัง) หลุดออกจากระนาบการรองรับ ถูกดึงไปข้างหน้า กลายเป็นขาหน้าอิสระ ในขณะนี้ ขาขวายังคงอยู่ด้านหลังเป็นขารองรับ ลำตัวจะเคลื่อนไปข้างหน้าและขึ้นเล็กน้อยพร้อมกับขาส่วนล่าง ดังนั้น ทั้งสองขาจะเคลื่อนไหวสลับกันในลำดับที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด โดยพยุงร่างกายไว้ข้างหนึ่งก่อน จากนั้นจึงพยุงไปข้างหนึ่งและผลักไปข้างหน้า อย่างไรก็ตาม ขณะเดิน ไม่มีช่วงใดเลยที่ขาทั้งสองข้างจะลอยขึ้นจากพื้นพร้อมกัน (ระนาบการรองรับ) ขาหน้า (ที่ว่าง) จะต้องแตะระนาบการรองรับด้วยส้นเท้าเสมอ ก่อนที่ขาหลัง (ที่รับน้ำหนัก) จะแยกออกจากกันอย่างสมบูรณ์ นี่คือลักษณะการเดินที่แตกต่างจากวิ่งและกระโดด ขณะเดียวกัน เมื่อเดิน จะมีช่วงหนึ่งที่ขาทั้งสองข้างสัมผัสพื้นพร้อมกัน โดยขาที่รองรับจะสัมผัสฝ่าเท้าทั้งหมด และขาข้างที่ว่างจะสัมผัสนิ้วเท้า ยิ่งเดินเร็ว ช่วงเวลาที่ขาทั้งสองข้างสัมผัสกับระนาบการรองรับพร้อมกันก็จะสั้นลง

การติดตามการเปลี่ยนแปลงในตำแหน่งของจุดศูนย์ถ่วงระหว่างการเดินสามารถสังเกตการเคลื่อนไหวของร่างกายทั้งหมดไปข้างหน้าขึ้นและไปด้านข้างในระนาบแนวนอนด้านหน้าและด้านข้าง การเคลื่อนตัวที่มากที่สุดเกิดขึ้นไปข้างหน้าในระนาบแนวนอน การเคลื่อนตัวขึ้นและลงคือ 3-4 ซม. และไปด้านข้าง (แกว่งด้านข้าง) - 1-2 ซม. ลักษณะและขอบเขตของการเคลื่อนที่เหล่านี้อาจมีการผันผวนอย่างมีนัยสำคัญและขึ้นอยู่กับอายุเพศและลักษณะเฉพาะของแต่ละบุคคล การรวมกันของปัจจัยเหล่านี้จะกำหนดความเป็นตัวตนของการเดินซึ่งสามารถเปลี่ยนแปลงได้ภายใต้อิทธิพลของการฝึก โดยเฉลี่ยความยาวของก้าวสงบปกติคือ 66 ซม. และใช้เวลา 0.6 วินาที

เมื่อเดินเร็วขึ้น การก้าวเดินก็จะกลายเป็นการวิ่ง การวิ่งแตกต่างจากการเดินตรงที่ต้องอาศัยการประคองตัวสลับกันไปมา โดยแตะพื้นผิวรองรับด้วยเท้าข้างหนึ่งแล้วจึงแตะอีกข้างหนึ่ง

[ 1 ], [ 2 ]